大功率船用齿轮箱耦合非线性动态特性分析及噪声预估.pdf

大功率船用齿轮箱耦合非线性动态特性分析及噪声预估*
陆波朱才朝宋朝省王海霞
(重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆 400044)
摘要:对某大型船用齿轮箱的动态特性进行分析,将系统分为传动子系统和结构子系统,通过支撑轴承把两个子系统耦合
起来,建立齿轮-轴-轴承-箱体耦合系统三维有限元模型。在研究斜齿轮接触线变化规律基础上,提出了一种计算斜齿轮时变刚度
的方法。在考虑传动子系统内部激励和外部激励的影响下,对系统动态特性进行了数值仿真,得出了结构子系统各点的振动位移、
速度等动态评价指标,以及系统的结构预估噪声,为船用齿轮箱系统动态性能优化提供了理论依据。
关键字:船用齿轮箱耦合振动固有特性动态响应噪声预估
中图分类号: 文献标识码:A
大功率船用齿轮箱装置是船舶轮机系统的重要
设备之一,其结构复杂,精度要求很高,且处于重载
的运行条件下,综合技术指标远远高于其它船用齿轮
箱。重载齿轮在传动过程中产生较大的振动、噪声和
动载荷,有可能导致系统某些环节的失灵或损坏,甚
至会导致齿轮系统本身的破坏和故障等。因此,开展
船用大功率齿轮箱动态特性分析、控制齿轮箱系统的
振动与噪声,实现船用齿轮系统的动态设计己成为重
要的研究课题。
目前关于齿轮箱系统的研究主要集中在齿轮—
转子系统动态特性以及齿轮箱体优化减重分析,而通
图传动系统简图
过轴承连接把齿轮-转子系统和箱体系统作为一个整 1

体进行研究涉及较少[1-5]。论文系统研究了齿轮传动内
件 、输出部件 Tin .输入扭矩
部激励和外部激励,建立了具有多级齿轮传动的大型 i 代表轴承编号,i=1,2,…,9 i代表轴承编号 i=1,2
船用齿轮箱的齿轮—轴承—转子—箱体系统耦合非表 1 大功率船用齿轮箱传动参数
线性动力学模型,对其动态特性进行了仿真,并对结
输入级传动级输出级
构噪声进行了预估,为船用齿轮动态特性优化提供了参数
顺车倒车顺车倒车被
主动被动
理论依据。(主动) (被动) (主动) (主动) 动
大功率船用齿轮箱基本结构及传动齿数 54 27 37 37 21 21 83
1 模数 20 20 18 18 16 16 16
螺旋角
原理 12 12 12 12 8 8 8
(。)
转速
大功率船用齿轮箱具有倒顺、离合、减速和承受 400 800 800 800 800 800 202
(r/min)
螺旋桨推力的功能,与主机配套,组成船用动力机组。
轴为输入轴,轴Ⅱ、Ⅵ分别为顺车、倒车传动
其工作过程分别沿顺车、倒车两条线路执行,齿轮箱І
轴,轴Ш、Ⅴ分别为顺车、倒车齿轮轴,轴Ⅳ为输出
的传动简图如图 1。
轴,整个结构为空间啮合传动。实际工作中输入扭矩
经输入轴І传递到顺车传动轴Ⅱ,顺车时,摩擦离合
器 2 摩擦片贴紧,离合器内齿轮闭合,轴Ⅱ与轴Ш
基